CN107229290A - 无人机搜救系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种无人机搜救系统，包括设于无人机端的：电子罗盘模块，用于检测无人机的飞行状态；飞行故障检测模块，与所述电子罗盘模块连接，用于判断无人机的飞行状态；无人机定位模块，用于检测当前无人机的位置；搜救控制模块，分别与飞行故障检测模块和无人机定位模块连接，用于当无人机飞行状态异常时，控制闭合无人机定位模块的供电回路；通信模块，与所述搜救控制模块连接，将无人机的位置数据进行调整后以无线形式输出；与无人机远程通信的上位机，用于解析所述无人机的位置数据。本发明还对应提供一种无人机搜救方法，在无人机出现故障导致失事时，精确的确认出无人机失事的地点，从而方便的进行搜救，以降低损失。

Description

无人机搜救系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机安全技术领域，特别涉及一种无人机搜救系统及方法。

背景技术

目前的技术中常见的无人机通信系统仅仅只是将已有的成品化GPS模块搭载在无人飞行器上，现有机载GPS模组的缺点在于以下几点：1.由于来自于GPS系统的卫星钟差及轨道差、可见GPS卫星数量及几何分布、太阳辐射、大气层、伪距测量误差、多路径效应及GPS模组技术本身的缺陷等，使获得的数据精度不足。

2.GPS定位的日志并未保存，即使保存了，调出该日志还是很困难的，对搜寻无人机和分析事故的效率都有极大的影响。

3.没有对GPS模块进行保护，这将可能导致在事故发生的时候模块并没有正常的工作，因而丢失了无人机的位置。

另外，由于大多数机载并没有可以进行事故追踪的模块，由此导致当无人飞行器发生事故的时候，GPS信号源消失，工作人员无法对无人飞行器的位置信息进行追踪，搜寻效率极低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种无人机搜救系统，包括设于无人机端的：

电子罗盘模块，用于检测无人机的飞行状态；

飞行故障检测模块，与所述电子罗盘模块连接，用于判断无人机的飞行状态；

无人机定位模块，用于检测当前无人机的位置；

搜救控制模块，分别与所述飞行故障检测模块和无人机定位模块连接，用于当无人机飞行状态异常时，控制闭合无人机定位模块的供电回路；

通信模块，与所述搜救控制模块连接，用于将无人机的位置数据进行调整后以无线形式输出；

上位机，与所述通信模块通信连接，用于解析所述无人机的位置数据。

由上，在无人机出现故障导致失事时，精确的确认出无人机失事的地点，从而方便的进行搜救，以降低损失。

可选的，所述无人机定位模块至少包括GPS定位模块和AGPS定位模块。

可选的，还包括信号强度检测模块，用于检测GPS信号和蜂窝信号的强度；

所述信号强度检测模块与所述搜救控制模块连接，搜救控制模块依据信号强度检测模块的检测结果，控制闭合GPS定位模块或AGPS定位模块的供电回路。

由上，可依据信号强度选择定位方式，从而提高定位精度。

可选的，所述无人机定位模块还包括一无线电发射器，用于发射预定频率的无线电。

由上，还可将无线侧向与GPS或AGPS定位相结合，从而进一步提高定位精度。

可选的，所述上位机用于检测搜救者与所述无人机之间的距离，依据该距离输出控制指令；

通信模块，接收所述控制指令转发至所述搜救控制模块；

所述搜救控制模块还用于依据所述控制指令控制闭合GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的供电回路。

由上，可以进一步节省GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的功耗，以延长各自的工作时间，从而可以提高搜救的时长，提高对于无人机搜救的成功率。

还包括一辅助定位模块，通过一弹射装置安装于无人机内；

所述搜救控制模块还与所述弹射装置通信连接，用于当无人机飞行状态异常时，启动所述弹射装置。

由上，当无人机的坠机事故发生时，启动弹射装置将所述辅助定位模块弹出。从而在无人机自身系统由于撞击导致自身定位系统损坏的情况下，该辅助定位模块仍可继续工作。进一步，通过辅助定位模块弹出时无人机的姿态，包括高度以及朝向等数据，可计算出无人机的坠落位置与辅助定位模块安全降落位置之间的距离，从而在当无人机自身无法发送位置信息的情况下，获知辅助定位模块的位置，再通过所述距离定位无人机的坠落位置的范围，以实现搜救。

对应的，本发明提供一种无人机搜救方法，包括步骤：

A、飞行故障检测模块判断无人机是否出现故障，当出现故障时，进入步骤B，否则重复本步骤；

B、激活无人机定位模块中的定位信号源；

C、上位机计算出搜救人员与无人机之间的距离，并且依据该距离输出控制指令，切换所述无人机定位模块中的定位信号源。

由上，在无人机出现故障导致失事时，精确的确认出无人机失事的地点，从而方便的进行搜救，以降低损失。

可选的，步骤B中，激活无人机定位模块中的定位信号源包括：

检测无人机定位模块中各定位信号源的信号强度；

激活信号强度最强的定位信号源；

所述定位信号源至少包括以下之一：GPS信号和AGPS信号。

可选的，步骤C中，依据该距离输出控制指令，切换所述无人机定位模块中的定位信号源包括：

当无人机与搜救人员的距离大于阈值时，采用所述GPS信号或AGPS信号进行定位；

当无人机与搜救人员的距离小于阈值时，采用预定频率的无线电进行定位。

由上，可依据信号强度选择定位方式，从而提高定位精度。

可选的，所述步骤B还包括：

启动一弹射装置，将设于无人机内，采用所述弹射装置与无人机连接的一辅助定位模块弹出无人机本体。

附图说明

图1为无人机搜救系统的原理示意图。

具体实施方式

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无人机搜救系统及方法，可以在无人机出现故障导致失事时，精确的确认出无人机失事的地点，从而方便的进行搜救，以降低损失。

如图1所示，所述无人机搜救系统包括：

设于无人机端的电子罗盘模块11、无人机定位模块12，分别与二者连接的搜救控制模块13，以及与所述搜救控制模块13连接的通信模块14。还包括可与无人机端进行远程通信的上位机20。

所述电子罗盘模块11用于实时检测无人机的飞行状态。具体的，电子罗盘模块11检测无人机的俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据。所述电子罗盘模块11可采用包括型号为HMR3000芯片的电路实现。

较佳的，还包括一飞行故障检测模块12，与所述电子罗盘模块11连接。所述飞行故障检测模块12中预存有在正常状态下的俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据，例如，当无人机失事时，通常有较快的下落速度，且在下落过程中伴随翻转，最终俯冲掉落。当电子罗盘模块11所检测的俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据与飞行故障检测模块12所预存的数据存在较大差异时，便触发飞行故障检测模块12，表示无人机失事。

所述飞行故障检测模块12可通过电压比较电路和存储器实现，存储器中存储有以电压值表示的正常状态下的俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据。所述电压比较电路接收电子罗盘模块11所输出的以电压形式表示的俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据，与存储器中所存储的电压相比较，从而向搜救控制模块13输出判断结果。

更进一步的，还包括一撞击传感器(未图示)，与所述飞行故障检测模块12连接。当无人机失事时最终俯冲掉落时，撞击传感器检测到撞击，输出一电平变化(例如高-低跳变)，以告知飞行故障检测模块12出现坠机(无人机失事)事故，由飞行故障检测模块12向搜救控制模块13输出。

当所述搜救控制模块13接收到表示无人机失事的信息后，向与其连接的无人机定位模块10发出控制指令，以控制无人机定位模块10检测无人机的当前位置。

具体的，在所述无人机的内部供电电路与无人机定位模块10之间包括一开关电路，常规状态下，所述开关电路断开。当搜救控制模块13输出控制指令后，控制所述开关电路闭合，从而控制无人机定位模块10进行工作。通过搜救控制模块13触发无人机定位模块10的工作方式，可以在一定程度上减少无人机定位模块10的功耗，从而可以使其工作更长的时间，为后续的搜救提供位置支持。

所述无人机定位模块10用于检测无人机的位置。本实施例中，所述无人机定位模块10包括GPS定位模块和AGPS定位模块。

较佳的，还包括一信号强度检测模块，用于检测GPS信号和蜂窝信号的强度，蜂窝信号包括移动、联通以及电信等运营商的3G/4G信号。

所述信号强度检测模块与所述搜救控制模块13连接，搜救控制模块13依据信号强度检测模块向GPS定位模块或AGPS定位模块输出控制指令，从而实现控制信号强度强的定位模块进行定位检测。其控制原理与前述相同，即在GPS定位模块、AGPS定位模块与无人机的内部供电电路之间均设一开关电路，通过搜救控制模块13控制对应开关电路的闭合，从而实现控制信号强度强的定位模块进行定位检测。

举例来说，当GPS信号较强时，则搜救控制模块13输出控制指令，以控制GPS定位模块的供电回路闭合，进行位置检测；反之当移动、联通以及电信等运营商的3G/4G网络信号较强时，则控制AGPS定位模块的供电回路闭合。基于上述控制方式，可以有效提高定位的精度。

所述搜救控制模块13将无人机定位模块10所检测到的位置进行识别后，向通信模块14输出。

较佳的，无人机定位模块10还包括无线电侧向模块，即包括一无线电发射器，用于发射预定频率的无线电。在后续的搜救过程中，搜救人员携带无线电定位装置，依据所述无线电对无人机进行精确定位。基于此，采用GPS(AGPS)结合无线电技术的定位，可将定位的精确度划定在±5米之内，从而大大提高了搜救的效率。

通信模块14，用于将无人机定位模块10所检测的无人机位置信息进行调制后，以无线形式输出。所述通信模块14包括但不限于以下几种：GPRS通信模块、WiFi通信模块和数传模块。

上位机20接收到上述无线形式的位置信息后，实时显示，以提示并更新无人机的失事位置，从而便于搜救。所述上位机20包括智能手机、PC机或者PAD等具有网络及显示功能的终端。

进一步的，搜救者还可通过上位机20向无人机的无人机定位模块10下达指令，例如，输出指令控制无线电发射器发射无线电，或者控制AGPS定位模块输出位置信息。上述控制指令被通信模块14所接收，传输至搜救控制模块13，由搜救控制模块13向控制对象下达控制指令。举例来说，当上位机接收到位置信息后，与搜救者当前的位置进行比较(具体比较方法属于现有技术，不再赘述)，当比较结果小于20米时，输出指令控制无线电发射器发射无线电，以便于通过无线电定位进行搜救。反之当比较结果大于20米时，继续采用GPS定位模块或AGPS定位模块进行定位。

更进一步的，还可依据无人机位置与搜救者的实时位置变化控制GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的工作频率。即搜救者与无人机位置较远与GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的工作频率成线性比例，当搜救者与无人机位置较远时，GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的工作频率低，搜救者与无人机位置越近时，GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的工作频率越高。通过上述设置，可以进一步节省GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的功耗，以延长各自的工作时间，从而可以提高搜救的时长，提高对于无人机搜救的成功率。

更优的，本系统还包括一辅助定位模块(未图示)，该辅助定位模块设于无人机内，采用弹射装置固定。所述辅助定位模块包括定位模块(GPS定位模块、AGPS定位模块和/或无线电发射器)、以及与其连接的信号发射模块。所述辅助定位模块采用独立电池供电，当搜救控制模块13接收到无人机的坠机事故发生时，启动弹射装置将所述辅助定位模块弹出。从而在无人机自身系统由于撞击导致自身定位系统损坏的情况下，该辅助定位模块仍可继续工作。

进一步的，所述电子罗盘模块11可记录辅助定位模块弹出时无人机的姿态，包括高度以及朝向等数据，上位机依据上述数据，可计算出无人机的坠落位置与辅助定位模块安全降落位置之间的距离，从而在当无人机自身无法发送位置信息的情况下，获知辅助定位模块的位置，再通过所述距离定位无人机的坠落位置的范围，以实现搜救。

本发明所提供的无人机搜救方法包括以下步骤：

S10：飞行故障检测模块12判断无人机是否出现故障，当出现故障时，进入步骤S20；

具体的，本步骤判断无人机是否出现故障包括俯仰、航向和横滚三个方向上的姿态数据，或者撞击情况进行判断。具体判断过程已在前述说明，不再赘述。

S20：激活无人机定位模块10；

本步骤包括依据信号强度(GPS或AGPS)激活无人机定位模块10中的定位信号源，以实现更佳的定位效果。

通过上述两步骤，实现当且仅当无人机出现事故时，启动定位进制，由此可以降低无人机的功耗，避免在正常飞行时无人机定位模块10耗电。从而当无人机失事后，无人机定位模块10可以支持更长的工作时间，直至搜救人员到达。

更佳的，通过信号强度的检测，实现更精准的定位效果。

另外，本步骤还包括将辅助定位模块弹射出无人机本体的步骤。由此可以在无人机失事时可能出现的无人机定位模块10损坏的情况下提供第二方案。即通过辅助定位模块的信号输出，实现对于无人机失事区域的定位。关于确定无人机失事区域的过程已在前述说明，不再赘述。

S30：上位机计算出搜救人员与无人机之间的距离，并且依据该距离输出控制指令，切换无人机上的定位信号源。

当搜救人员与无人机失事位置相距较远时(超过20米)，采用GPS或AGPS定位信号源进行搜救定位；反之当搜救人员与无人机失事位置相距较近时，即可采用无线电发射器发射无线电进行定位。通过两种定位方式的混合使用，可以更进一步的提高定位的精度。

另外，本步骤还包括上位机依据搜救人员与无人机之间的距离控制信号发射源工作频率的步骤，由此可进一步延长无人机定位模块10的工作时长，为搜救争取更多时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机搜救系统，其特征在于，包括设于无人机端的：

电子罗盘模块，用于检测无人机的飞行状态；

飞行故障检测模块，与所述电子罗盘模块连接，用于判断无人机的飞行故障；

无人机定位模块，用于检测无人机当前的位置；

搜救控制模块，分别与所述飞行故障检测模块和无人机定位模块连接，用于当无人机飞行状态异常时，控制闭合无人机定位模块的供电回路，并转发所述无人机当前的位置；

通信模块，与所述搜救控制模块连接，用于将无人机的位置数据进行调制后以无线形式输出；和

上位机，与所述通信模块通信连接，用于解析所述无人机的位置。

2.根据权利要求1所述的无人机搜救系统，其特征在于，所述无人机定位模块包括GPS定位模块和AGPS定位模块。

3.根据权利要求2所述的无人机搜救系统，其特征在于，还包括信号强度检测模块，用于检测GPS信号和蜂窝信号的强度；

所述搜救控制模块分别与所述GPS定位模块和AGPS定位模块的供电回路连接，依据所述信号强度检测模块的检测结果，控制闭合GPS定位模块或AGPS定位模块的供电回路。

4.根据权利要求2所述的无人机搜救系统，其特征在于，所述无人机定位模块还包括一无线电发射器，用于发射预定频率的无线电。

5.根据权利要求4所述的无人机搜救系统，其特征在于，所述上位机用于检测搜救者与所述无人机之间的距离，依据该距离输出闭合控制指令；

通信模块，接收所述控制指令转发至所述搜救控制模块；

所述搜救控制模块还用于依据所述控制指令闭合GPS定位模块、AGPS定位模块或无线电发射器的供电回路。

6.根据权利要求1所述的无人机搜救系统，其特征在于，还包括一辅助定位模块，通过一弹射装置安装于无人机内；

所述搜救控制模块还与所述弹射装置通信连接，用于当无人机飞行状态异常时，启动所述弹射装置。

7.一种无人机搜救方法，其特征在于，包括步骤：

A、飞行故障检测模块判断无人机是否出现故障，当出现故障时，进入步骤B，否则重复本步骤；

B、激活无人机定位模块中的定位信号源；

C、上位机计算出搜救人员与无人机之间的距离，并且依据该距离输出控制指令，切换所述无人机定位模块中的定位信号源。

8.根据权利要求7所述的无人机搜救方法，其特征在于，步骤B中，激活无人机定位模块中的定位信号源包括：

检测无人机定位模块中各定位信号源的信号强度；

激活信号强度最强的定位信号源；

所述定位信号源包括：GPS信号和AGPS信号。

9.根据权利要求7所述的无人机搜救方法，其特征在于，步骤C中，依据该距离输出控制指令，切换所述无人机定位模块中的定位信号源包括：

当无人机与搜救人员的距离大于阈值时，采用所述GPS信号或AGPS信号进行定位；

当无人机与搜救人员的距离小于阈值时，采用预定频率的无线电进行定位。

10.根据权利要求7所述的无人机搜救方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

启动一弹射装置，将设于无人机内，采用所述弹射装置与无人机连接的一辅助定位模块弹出无人机本体。